錫-鉍-碳納米管復合材料的制備及機械性能研究.pdf

1、針對微電子封裝中芯片散熱量不斷增大而對高導熱及高連接強度熱界面材料(TIM)的迫切需求，本文基于復合電沉積法將低熔點錫-鉍(Sn-Bi)合金和高導熱、高強度的碳納米管結合，制備了錫-鉍/碳納米管(Sn-Bi/CNTs)復合材料。并利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、能譜儀(EDS)、X射線衍射(XRD)以及差示掃描量熱分析儀(DSC)對Sn-Bi/CNTs復合鍍層的表面微觀形貌、組織結構、組成成分及熔點進行表征。表征

2、結果發(fā)現(xiàn)，CNTs與Sn-Bi實現(xiàn)了共沉積，且CNTs的添加對Sn-Bi的熔點影響不大。
　　本研究首先通過兩種不同工藝得到Sn-Bi/CNTs復合材料單搭接接頭樣品。接頭剪切測試結果表明不同制備工藝得到搭接接頭的強度差異較大。采用冷壓燒結法制備了Sn-Bi/CNTs復合材料拉伸樣品，并研究了不同壓制壓力對Sn-Bi/CNTs復合材料拉伸性能的影響。結果表明較高壓制壓力有利于提高其拉伸性能。隨后重點對CNTs濃度分別為0mg/L、

3、5mg/L、25mg/L和125mg/L的Sn-Bi/CNTs復合材料試樣單搭接接頭剪切性能和拉伸性能進行了測試。研究結果表明，在CNTs濃度為0～25mg/L時，Sn-Bi/CNTs復合材料試樣的接頭強度和抗拉強度隨著CNTs濃度升高而增大。即CNTs添加使得Sn-Bi力學性能得到強化。當CNTs濃度為25mg/L時，復合材料試樣接頭強度和抗拉強度均達到最大，分別約為純Sn-Bi試樣的1.6倍和1.25倍。而CNTs濃度繼續(xù)增加時，由

4、于CNTs團聚造成復合材料力學性能下降。斷口分析顯示CNTs能細化基體晶粒尺寸，且主要以橋連和拔出形式存在。
　　本研究基于復合材料理論模型預測得到了不同CNTs含量下Sn-Bi/CNTs復合材料的力學參數(shù)，并利用ANSYS軟件對單搭接接頭模型進行有限元模擬。對比分析CNTs含量和接頭幾何參數(shù)對接頭強度的影響。結果發(fā)現(xiàn)接頭強度受焊料層厚度影響較大，且隨著CNTs含量升高而增大。當CNTs含量為1.2vol.％時，復合材料接頭強度較